왼쪽부터 Baolei Jia 박사, 백주혜 박사, 이재경 박사과정(공동 제1저자)과 전체옥 교수 프로필 이미지

생명과학과 전체옥 교수 연구팀은 인체 마이크로바이옴로부터 β-락탐계 항생제에 내성을 부여하는 β-락타마제(β-lactamase)의 다양성과 β-락타마제 내성 유전자와 β-락탐계 항생제 사용량, 국민소득, 주요 질환과의 상관성을 분석하여, 인체 마이크로바이옴이 항생제 내성 유전자의 주요 제공원임을 밝히고, 이 연구를 통해 항생제 사용과 관리 지침을 마련할 수 있는 연구 성과를 발표했다.

많은 사람들이 항생제를 통해 병원성 세균을 쉽게 제어할 수 있다고 생각하지만, 병원성 세균이 해당 항생제에 대한 내성을 획득하면서 항생제 사용을 통한 효과적인 제어를 어렵게 하고 있다. 이에 따라 병원성 세균의 항생제 내성 문제 해결은 인류 질병문제 해결의 중요한 과제가 되고 있다. 새로운 항생제를 개발하여 사용하면 병원성 세균은 그 항생제에 대한 내성을 곧바로 갖게 되는데, 항생제 내성 유전자의 횡적 전달이 내성 도입의 중요한 기작이며 인체 마이크로바이옴이 내성 유전자의 중요한 제공원이 될 수 있음이 강조되고 있다.

사진설명. 전체옥 교수 연구팀은 인체 마이크로바이옴에서 새로운 β-락탐계 항생제 내성 유전자 그룹을 발견하고(왼쪽), 생화학적 검증을 통해 이들 유전자 그룹이 새로운 β-락탐계 항생제에 내성을 제공할 수 있음을 확인하였다(오른쪽).

전체옥 교수 연구팀은 β-락탐계 항생제에 내성을 부여하는 β-락타마제(β-lactamase) 유전자에 대해 sequence-similarity network 및 genome context 분석을 실시하여, 인체 마이크로바이옴 내에서 새로운 9개의 β-락타마제 유전자 그룹을 발견하고 생화학적으로 검증하였다(사진 참조). 또한 이들 유전자 그룹의 다양한 β-락탐계 항생제에 대한 기질 특이성을 분석한 결과, 이들 β-lactamase 유전자 그룹이 신규 β-락탐계 항생제에 대해 내성을 부여할 수 있음을 확인하여, 인체 마이크로바이옴이 병원성 세균에 신규 항생제에 대한 내성을 갖게할 수 있는 중요 제공원이 될 수 있음을 입증하였다.

추가로, 각국의 β-락탐계 항생제 사용량, 국민소득, 주요 질환(대장암, 심혈관 질환, 유방암, 간질)과의 연관성을 분석한 결과, 국민소득이 높을수록, 그리고 대장암, 심혈관 질환, 유방암, 간질 환자의 장내에서 항생제 내성유전자가 더 많음을 확인하여 항생제 사용 지침 수립의 근거를 제공할 수 있는 연구 성과로 평가받고 있다. 본 논문 “Expanding the β-Lactamase Family in the Human Microbiome”은 2024년 10월 24일 Advanced Science(피인용지수 14.3) 온라인 판에 게재되었다.